अँटेना वाढणे आणि बीमफॉर्मिंग

1. अँटेना वाढणे

अँटेना वाढणेअँटेना रेडिएशन पॅटर्नची डायरेक्टिव्हिटी मोजण्यासाठी पॅरामीटर आहे. उच्च-प्राप्त अँटेना प्राधान्याने विशिष्ट दिशानिर्देशांमध्ये सिग्नल विकिरण करतील. ऍन्टीनाचा लाभ ही एक निष्क्रिय घटना आहे ज्यामध्ये ऍन्टीनाद्वारे शक्ती जोडली जात नाही, परंतु इतर समस्थानिक ऍन्टीनाच्या उत्सर्जित होण्यापेक्षा एका दिशेने अधिक रेडिएटेड शक्ती प्रदान करण्यासाठी त्याचे पुनर्वितरण केले जाते. लाभ dBi आणि dBd मध्ये मोजला जातो:

1) dBi: संदर्भ isotropic antenna लाभ;

2) dBd: द्विध्रुवीय अँटेनाच्या वाढीचा संदर्भ घ्या.

व्यावहारिक अभियांत्रिकीमध्ये, संदर्भ म्हणून आयसोट्रॉपिक रेडिएटरऐवजी अर्ध-वेव्ह द्विध्रुव वापरला जातो. लाभ (द्विध्रुवावरील dB) नंतर dBd मध्ये दिला जातो. dBd आणि dBi मधील संबंध खाली दिलेला आहे:

dBi = dBd + 2.15

ऍन्टीना डिझायनर्सने फायदा निश्चित करताना ऍन्टीनाच्या विशिष्ट अनुप्रयोग वैशिष्ट्यांचा विचार केला पाहिजे:

1) उच्च-प्राप्त अँटेनामध्ये दीर्घ श्रेणीचे आणि चांगल्या सिग्नल गुणवत्तेचे फायदे आहेत, परंतु ते एका विशिष्ट दिशेने संरेखित केले पाहिजेत;

2) लो-गेन अँटेनाची श्रेणी श्रेणी लहान असते, परंतु अँटेनाची दिशा तुलनेने मोठी असते.

2. बीमफॉर्मिंग

2.1 तत्त्व आणि अर्ज

बीमफॉर्मिंग (बीमफॉर्मिंग किंवा स्थानिक फिल्टरिंग म्हणून देखील ओळखले जाते) हे सिग्नल प्रोसेसिंग तंत्र आहे जे दिशात्मक पद्धतीने सिग्नल पाठविण्यासाठी आणि प्राप्त करण्यासाठी सेन्सर अॅरे वापरते. फेज अॅरेच्या मूलभूत घटकांचे पॅरामीटर्स समायोजित करून, बीमफॉर्मिंग तंत्राने काही कोनांचे सिग्नल फेजचा हस्तक्षेप प्राप्त करतात आणि इतर कोनांचे सिग्नल निर्मूलनाचा हस्तक्षेप प्राप्त करतात. बीमफॉर्मिंगचा वापर सिग्नलच्या ट्रान्समिटिंग एंड आणि रिसीव्हिंग एंड या दोन्ही ठिकाणी केला जाऊ शकतो. साधे आकलन पीक टू पीक, पीक टू ट्रफ असू शकते, ज्यामुळे शिखर ते शिखर दिशेचा फायदा वाढेल.

बीमफॉर्मिंग आता 5G अँटेना अॅरेमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते, अँटेना निष्क्रिय उपकरणे आहेत आणि 5G सक्रिय अँटेना उच्च-प्राप्त बीमफॉर्मिंगचा संदर्भ घेतात. सामान्य इक्विपेसमध्ये दोन पॉइंट स्त्रोतांचा फायदा 3dB आहे आणि 5G चे अँटेना पोर्ट 64 पेक्षा जास्त आहे, त्यामुळे 5G डायरेक्टिव्हिटीचा फायदा किती आहे. बीमफॉर्मिंगचे एक मोठे वैशिष्ट्य म्हणजे फेज बदलल्याप्रमाणे बीमफॉर्मिंगची दिशा बदलते, त्यामुळे मागणीनुसार ते समायोजित केले जाऊ शकते.

पहिल्या आकृतीवरून पाहिल्याप्रमाणे, जेव्हा मुख्य लोब व्युत्पन्न होईल, तेव्हा अनेक शिखरांसह एक ग्रिड लोब देखील व्युत्पन्न होईल. ग्रिड लोबचे मोठेपणा मुख्य लोबच्या समान आहे, ज्यामुळे मुख्य लोबचा लाभ कमी होईल, जो ऍन्टीना प्रणालीसाठी प्रतिकूल आहे. तर ग्रेटिंग लोब कसा काढायचा, खरं तर, आपल्याला बीमफॉर्मिंग ---- फेजचे मूळ कारण माहित आहे. जोपर्यंत दोन फीडर्समधील अंतर एका तरंगलांबीपेक्षा कमी आहे आणि फीडर स्थिर मोठेपणा आणि टप्प्यात आहेत तोपर्यंत गेट लोब दिसणार नाही. नंतर, जेव्हा फीडर्स वेगवेगळ्या टप्प्यात असतात आणि फीड-अंतर एका तरंगलांबीपेक्षा कमी आणि अर्ध्या तरंगलांबीपेक्षा जास्त असते, तेव्हा गेट लोब तयार होतो की नाही हे फेज विचलन डिग्रीद्वारे निर्धारित केले जाते. जेव्हा फीडचे अंतर अर्ध्या तरंगलांबीपेक्षा कमी असते तेव्हा कोणतेही गेट लोब तयार होत नाही. खालील चित्रावरून ते समजू शकते.

2.2 बीमफॉर्मिंगचे फायदे

दोन अँटेना प्रणालींची तुलना करा आणि असे गृहीत धरा की दोन्ही अँटेनांद्वारे उत्सर्जित होणारी एकूण ऊर्जा सारखीच आहे.

केस 1 मध्ये, अँटेना प्रणाली सर्व दिशांमध्ये जवळजवळ समान प्रमाणात ऊर्जा पसरते. अँटेनाभोवती तीन UeS (वापरकर्ता उपकरणे) जवळजवळ समान प्रमाणात ऊर्जा प्राप्त करतील, परंतु त्या UE कडे निर्देशित नसलेली बहुतेक ऊर्जा वाया घालवते.

केस 2 मध्ये, रेडिएशन पॅटर्नची सिग्नल स्ट्रेंथ ("बीम") विशेषतः "तयार" केली जाते जेणेकरून UE कडे निर्देशित केलेली रेडिएटेड उर्जा उर्वरित UE कडे निर्देशित केली जात नाही त्यापेक्षा जास्त मजबूत असते.

उदाहरणार्थ, 5G कम्युनिकेशनमध्ये, वेगवेगळ्या अँटेना युनिट्सद्वारे प्रसारित केलेल्या सिग्नलचे मोठेपणा आणि टप्पा (वजन) समायोजित करून, जरी त्यांचे प्रसार मार्ग भिन्न असले तरीही, जोपर्यंत मोबाइल फोनवर पोहोचताना टप्पा समान असतो, सिग्नल सुपरपोझिशन वाढीचा परिणाम प्राप्त केला जाऊ शकतो, जो मोबाइल फोन सिग्नल अॅन्टीना अॅरेच्या समतुल्य आहे. खालील चित्रात दाखवल्याप्रमाणे:

2.3 बीम "फॉर्मिंग"

बीम तयार करण्याचा सर्वात सोपा मार्ग म्हणजे अॅरेमध्ये अनेक अँटेना व्यवस्थित करणे. या अँटेना घटकांना संरेखित करण्याचे अनेक मार्ग आहेत, परंतु खालील उदाहरणात दर्शविल्याप्रमाणे अँटेना एका रेषेत संरेखित करणे सर्वात सोपा आहे.

टीप: हे उदाहरण आकृती Matlab PhaseArrayAntenna टूलबॉक्सने तयार केले आहे.

अ‍ॅरेमधील घटकांची मांडणी करण्याचा दुसरा मार्ग म्हणजे खालील उदाहरणात दाखवल्याप्रमाणे घटक द्विमितीय चौकोनात मांडणे.

आता आणखी एक द्विमितीय अॅरे विचारात घ्या जिथे अॅरेचा आकार चौरस नाही, खाली दाखवल्याप्रमाणे. तुम्हाला मिळणारी अंतर्ज्ञान म्हणजे बीम अधिक घटकांच्या अक्षावर अधिक संकुचित करते.

2.4 बीमफॉर्मिंग तंत्रज्ञान

बीमफॉर्मिंग साध्य करण्यासाठी अनेक भिन्न मार्ग आहेत:

1) अ‍ॅरे अँटेना स्विच करणे: हे बीम पॅटर्न (रेडिएशनचे स्वरूप) बदलण्याचे तंत्र आहे जे ऍन्टेना सिस्टीमच्या अॅरेमधून ऍन्टेना निवडकपणे उघडणे/बंद करणे.

२) डीएसपी-आधारित फेज प्रोसेसिंग: प्रत्येक अँटेनामधून जाणाऱ्या सिग्नलचा टप्पा बदलून बीम ओरिएंटेशन पॅटर्न (रेडिएशनचे स्वरूप) बदलण्याचे हे तंत्र आहे. DSP सह, तुम्ही प्रत्येक अँटेना पोर्टच्या सिग्नल फेजमध्ये बदल करून एक विशिष्ट बीम ओरिएंटेशन पॅटर्न तयार करू शकता जे एक किंवा अधिक विशिष्ट UE साठी सर्वोत्तम कार्य करते.

3) प्रीकोडिंगद्वारे बीमफॉर्मिंग: हे एक तंत्र आहे जे विशिष्ट प्रीकोडिंग मॅट्रिक्स लागू करून बीम ओरिएंटेशन पॅटर्न (रेडिएशन फॉर्म) बदलते.